表面活性剂在水基切削液中应用十分广1分析

1、表面活性剂在水基切削液中应用十分广泛，它是水基金属切削液的 主要成分之一，其作用有多种，如乳化、防锈、润湿、润滑、防腐等。 表面活性剂的用量和种类将直接影响水基切削液的性能。(1) 乳化作用所谓乳化作用就是使两种互不相溶的液体借助于表面活性剂的作用，降低它们之间的界面张力，使一种液体以极微小 的状态均匀稳定低分散在另一种液体中。 乳化剂都属表面活性剂，其 分子由亲水、亲油两个基团组成。它能使乳化液稳定的因素有两个： 其一是降低了油一水界面张力，即降低了界面自由能，有利于乳状液 的稳定存在；其二是乳化剂分子在界面处定向吸附， 生成具有一定机 械强度的薄膜，阻止分散相液滴的合并聚积。选用乳化剂一般

2、可根据分散相的类型及乳状液的类型确定需 要的亲水亲油平衡值HLB。HLB值低的表面活性剂通常形成W/O- 油包水型(W/0)型乳状液，而HLB值高的表面活性剂则形成 0/W 水包油型型乳状液。表1给出了对于各种不同应用目的所需的 HLB 值范围。不管是油包水型(W/0)乳状液，还是水包油型(0/ W)乳状 液，其乳化剂的HLB值要与乳化物的HLB值相近，这是乳化的必要 条件。表1表面活性剂HLB值范围及应用类型HLB值范围应用类型HLB值范围应用类型3 6W/ 0乳化13 15洗涤剂79剂15 18增溶剂818润湿剂0/w乳化剂目前切削液用的乳化油几乎都是水包油型(0/ W)。在配制这种乳化

3、液时，要使油相成分全部乳化。各种油相所需乳化剂的HLB值范围如表2所示。在实际应用中，也不能单靠 HLB值来断定乳化剂。因 为HLB值不能包括被乳化物和乳化剂的化学结构以及两者之间的关 系。所以还要考虑其他一些因素：一般选用乳化剂要考虑其离子型, 以便得到比较稳定的乳液，这是因为乳化液粒子带同种电荷相互排斥 之故；选用乳化剂的憎水基和被乳化物结构相似以及选用乳化剂在 被乳化物中易于溶解的表面活性剂， 换句话说，乳化剂的憎水基和被 乳化物的结构越接近就越易被乳化，因为它们的结构越接近就越容易 互溶，也就是亲和力越强，这样不但乳化力强，而且乳化剂用量也少； 当乳化油中还含有其他添加剂时，还应考虑其

4、影响。表2 乳化不同油相所需乳化剂具有的 HLB值被乳化物水包油型乳化液所 需乳化剂HLB值被乳化物水包油型乳化液所 需乳化剂HLB值煤油12.5蓖麻油19石蜡11 13松香油11 13凡士林10 13硬脂酸17轻质矿油10 12鲸蜡醇13重质矿油10.5油酸19 20石蜡油10.5油醇16 18沥青12 14牛脂79硅油10.5羊毛脂14 16棉籽油12 14脂肪酸酯10 12大豆油79蓖麻油酸甲酯11 13橄榄油79邻苯二甲酸二15菜籽油79丁酯15.5椰子油79邻苯基苯酚12 14棕榈油79氯化石蜡蜂蜡10 16在水溶性切削液中，表面活性剂最主要的用途就是作乳化剂。 用作乳化剂的表面活性

5、剂通常为阴离子型和非离子型表面活性剂，如聚乙二醇二油酸酯、壬基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、Tween80、油酸三乙醇胺、石油磺酸盐、烷基苯磺酸盐、脂肪酸盐等。 而且阴离子型和非离子型表面活性剂复配使用，效果更好。多种乳化 剂复配，可以发挥它们的协同效应，从而提高乳化效率，有助于减少 乳化剂的用量，而且具有不同 HLB值的非离子表面活性剂复配时， 其增溶能力大大超过其中任何一个。(2) 清洗作用在金属切削过程中，工件表面常粘有金属粉末、砂粒、油等污垢。为除去这些污垢，使切削液具有一定的洗涤能 力，可在切削液中加入适量碱性物质如碳酸钠、三乙醇胺，或其他表 面活性剂如非离子表面活性剂如平平加、

6、0P-7 、OP-10 等；阴离子 表面活性剂如脂肪酸皂、烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠等。切削液 的清洗作用是润滑、渗透、 分散等综合作用的结果。若采用非离子性 表面活性剂和阴离子表面活性剂复配能起到显著降低切削液表面张 力的作用，从而满足切削液的清洗作用。(3) 防锈作用 在水溶性切削液 中防锈剂必不可少。防锈性 能对于加工部位的质量、 产品合格率以及机床的保养等有着十分重要 的意义。切削液中使用的 防锈剂许多都是表面活性剂， 如油溶性防锈 剂有石油磺酸盐 (钠、钙、钡盐等 )、金属皂等；水溶性防锈剂有单乙 醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、油酸三乙醇胺、 十二烷基二乙醇酰胺等。 开发防锈性能良好、

7、环境友好的水溶性防锈剂是近年来的发展趋势。水溶性防锈剂是合成液中的主要添加剂，最常用的水溶性防 锈剂是亚硝酸钠，但因其与有机胺反应能生成有致癌作用的亚硝胺， 已相继被各国禁用。 为此开发了一系列能够替代亚硝酸钠的新型防锈 剂，主要替代品有 硼酸盐、羧酸盐、磷酸盐、磺酸盐 等几大类。一般 认为硼酸盐与羧酸盐的作用机理属吸附型， 其分子中极性基韧吸附于 金属表面而起到防锈效果，但也有人认为硼酸盐具有阳极钝化作用。 研究发现硼酸盐及羧酸盐单独使用时， 防锈效果均不理想。 但硼酸盐 和羧酸盐两者复配后， 其防锈效果良好。 硼酸盐和羧酸盐复合配比为 2： 1 时防锈性能加强，该复配体系在用量相当的条件下

8、，防锈性能 与亚硝酸钠相当。环已六醇六磷酸酯，外观为褐色黏稠状液体，是一种从粮食 作物中提取的无毒化工产品，因其分子结构中具有能同金属配合的 24 个氧原子、 12 个羟基和 6 个磷酸基，与金属接触时极易在金属表 面形成一层致密的有机单分子保护膜，使金属的电极电位变得和铂、 金一样，从而有效地阻止了金属的腐蚀。实验结果表明，环己六醇六 磷酸酯对钢、铸铁、铜、铝均有优良的防锈能力。将环己六醇六磷酸 酯与防霉剂、润滑剂、消泡剂、表面活性剂等配制成水基金属切削液 具有优良的润滑、冷却、洗涤、防锈等综合功能。其配方为： 04 润滑剂（合成），03消泡剂， 085环己六醇六磷酸酯复合防锈 剂，余量为水

9、。切削液的pH值为8. 59. 5。在切削液的研制中， 发现油酸 -7,醇酰胺在油基切削液中对黑 色金属有很好的防锈性能，但不适用于水基合成切削液，它对酸、盐 等电解质很敏感， 易水解，不宜在酸性环境和硬水条件下使用。 为此， 应对油酸醇酰胺改性， 以制备既具有良好的防锈性， 而且耐水解能力 强的水溶性油酸酰胺基表面活性剂。 我们知道欲提高疏水性油的亲水 性，可向疏水性油的分子上引入亲水性基团，如 -COOH 、 -CONH 2、 -S03H、-NH2、-SH 等。另外，在油酸的长链烷基和羧基之间嵌入极 性基团， 不仅可以增加水溶性， 而且能够改善电离性和提高耐硬水能 力。若在同一分子中含有多

10、个附着力强的极性基团， 也会大大改善防 锈能力。采用油酸与顺丁烯二酸歼加成，可在分子中引入两个羧基， 提高了官能度。 再与二乙醇胺进行酰胺化反应， 可制得水溶性极好的 油酸酰胺基非离子表面活性剂（简称OMA，结构如下）。由于OMA分 子中同时含有多个羟基、酰胺基等极性基团和长碳链烃基，因此，OMA 水溶性好，抗硬水、耐水解能力强，在 pH值5 10水溶液中均能稳 定存在，具有很好的稳泡性和较好的润湿、乳化能力。实验结果表明， 在水溶液中OMA对钢和铸铁有优良的防锈作用，对铜也有一定的防 腐蚀能力。但由于OMA的水溶液呈弱碱性，不适于做铝的腐蚀抑制 剂。如果添加其他铝缓蚀剂，使之构成具有协同防腐

11、蚀能力的体系， 将获得满意的结果。OMA适用于水基金属切削液、水基难燃液压液 等。oIMill-CHILtHI jIoIJ|).ma(4) 极压润滑作用通常认为乳化油含油较多，其润滑性要比不含油的透明切削液好。这是由于乳化油中的基础油是油性基团， 依靠物理吸附作用黏附在摩擦表面，从而起润滑作用。但有关文献， 表明，乳化油起润滑作用的并不是基础油，而是带极性基团的表面； 活性剂。单独用这些表面活性剂溶于水所得溶液的摩擦系数和乳化； 铀本身的摩擦系数相近，甚至更小。而乳化油中如不含极性基团的； 表面活性剂，摩擦系数就变大。这是由于带极性基团的表面活性剂在 金属表面能形成物理或化学吸附，吸附膜比较牢

12、固，能起到效果良好 的润滑作用。合成切削液不含油，其润滑作用也主要取决于表面活性剂，只要选择合适的表面活性剌， 合成切削液完全有可能达到或超过乳化 切削液的润滑水平。 HW 一 5 型高水基切削液配方中， 选择水溶性润 滑剂 （如聚乙烯醇、甘油等 ），并用阴离子表面活性剂和非离子表面活 性剂进行复配，取得了较好效果。 5的 HW-5 水溶液，其最大无卡 咬负荷 Pb 值达到 61kg ，相同浓度下的乳化液 Pb 值低于 40kg。研究发现烷基咪唑啉硼酸酯是一类性能优良的多功能 金属加 工液添加剂 。它与油酸复合后，可明显提高耐负荷性能和极压性能， 且随着油酸咪唑啉硼酸酯的比例增大，水溶液的耐负荷性能 （Pb 值） 增大。当油酸咪唑啉硼酸酯和油酸的复配比例为 2 : 1时，Pb值达到 最大。油酸咪唑啉硼酸酯与二硫代氨基甲酸钠的配伍性也良好， 当两 者的比例为 1 ： 1 时，协同效果最好。此外，含稀土元素的有机化合物、无机硅酸盐、有机硅化合 物在水基切削液中有良好表现， 如硅酸钠与亚磷酸二正丁酯有较好的 配伍性，比例合适时能更好地发挥硅酸钠在水基液中的抗磨减摩性 能。林峰等合